1、课题来源与背景： 从21世纪开始，海洋中蕴含的巨大商业潜力和日益迫切的海防军事需求使水声通信网络开始引起了各个国家的极大关注，本课题的研究对未来我国UWSNs的应用和部署建设具有现实的指导意义，研究成果将是UWSNs基础理论研究的重要组成部分，同时也对海洋的勘测和开发具有重要意义。 2、研究目的与意义： UWSNs的时钟同步的相关研究在国内外还处于初期的探索阶段，本课题的研究在复杂水下环境时钟同步技术研究过程中得到一些理论价值和实用意义的创新成果，对丰富与完善UWSNs理论和关键技术体系，建立水下感知网新途径，推动UWSNs发展都具有重要意义。 3、主要论点与论据： 本课题利用马尔科夫、卡尔曼滤波等理论，对传感器节点的运动特性进行建模；在此基础上，引入复杂网络基本理论，研究水下移动传感器网络拓扑的动态演化规律，实现水下移动传感器网络模型的动态建模；通过多源水下传感器节点之间的通信协作，分析水声信道特性，建立水声信道模型，利用节点间交互同步信息和通信结果对其他节点进行时钟同步计算和评估，进而获得整个网络节点之间的时钟同步模型，建立节点、链路、数据等基于权重的多个维度的云信任模型，描述多源节点对其的影响，完成复杂水下环境的链路传播时延的高精度估计，为高精度，低开销，高效率的水下传感器网络时钟同步算法提供强有力保障。 4、创见与创新： (1)根据海流运动对节点移动的影响，建立水下传感器网络移动模型，为链路传播延迟估 计提供新的理论基础，为水下传感器网络时钟同步研究提供新的模拟实验模型； (2）利用bit变化描述节点移动对链路传播延迟的影响，提出点对点的时钟同步算法来提 高时钟同步精度； （3）采用多个基站监测数据收集，提出多时间基准节点条件下的多源信息融合时钟同步 算法； （4）给定普通节点部署方案后，提出基于多时间基准节点的平均跳数最小优化部署策略，使整个网络的同步精度最高。 5、社会经济效益，存在的问题： 水下声学传感器网络（Underwater Acoustic Sensor Networks, UASN）越来越受到重视，被广泛应用于海洋环境监测、海洋污染监控、海洋资源勘测、水下目标的探测、跟踪和定位等领域。时间同步是传感器网络中一项重要的支撑技术，它为协调跨多节点的传感与驱动提供统一的参考时钟，是节点协同工作的基础，传感器网络的数据融合、时分复用调度、节点定位和协同休眠等关键技术都依赖于节点间的时间同步。因此，基于水下传感器网络的部署特点，为克服水声通信带来的重重挑战，设计和研究高精度、低能耗的 UASN 时间同步算法，对大规模分布式网络时间同步技术研究具有理论意义，对提高海洋监测水平具有实际应用价值。 6、历年获奖情况： 无 7、成果简介： 水下传感器网络在海洋资源勘测、环境监测和安全保障等方面具有广阔的应用前景。时 钟同步技术是水下传感器网络的核心研究内容，在水下传感器网络的节点部署、定位算 法、MAC协议等方面起着重要作用。由于水下传感器网络具有传输延迟和节点移动受限 的特点，使得陆地传感器网络时钟同步技术难以适用于资源受限的水下传感器网络。因 此，我们在水下传感器网络时钟同步技术的研究初步取得了以下几个成果： (1)建立水下传感器网络移动模型，确定海流运动对节点移动的影响，揭示节点间相对移动的时空关联，为时间同步的链路传播延迟估计提供新的理论基础，为水下传感器网络协议研究提供新的模拟实验模型。 (2)在水下传感器网络移动模型基础上，设计实现高精度、低开销的点到点同步算法，确定同步精度与消息开销的折中；针对多时问基准节点的特色条件，确定同步消息传播路径的跳数和链路状态差异对时间有效性的影响，提出多源同步消息融合算法及确定多时问基准节点的优化部署策略，提高大规模网络的同步精度，为大规模水下传感器网络应用莫定基础。 (3)实现水下传感器网络应用仿真系统，验证同步算法的精度和消息开销，并且提供包括海洋环境和海洋化学传感器数据、惯性导航数据和协议通信数据的完整Trace 数据，一方面为基于网络的大规模海洋监测系统起到应用示范作用，另一方面为水下传感器网络的其他协议研究提供用于算法性能验证的Trace 数据。

齐齐哈尔大学

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